Жиры и жировые продукты являются одним из главных компонентов рациона человека, обеспечивающих организм энергетическим и пластическим материалом, а также являющимся важным поставщиком биологически активных веществ [74, 76, 101, 108]. В настоящее время значительное место в ряду жировых продуктов занимают комбинированные жиры, основной целью создания которых предполагалась оптимизация состава жирных кислот, максимально приближенного к физиологическим потребностям организма человека [1, 10, 33, 51, 84, 78, 108].
Актуальным и необходимым направлением исследований на сегодняшний день является разработка подходов к оценке пищевой ценности и качества комбинированных жировых продуктов. Нормативные документы на жировые продукты, которые можно отнести к группе комбинированных жиров, объединяют спреды, маргарины, жиры для кулинарии, кондитерской, хлебопекарной и молочной промышленности (ГОСТ Р 52 100−2003, ГОСТ Р 52 179−2003). Основными показателями, характеризующими качество комбинированных жировых продуктов, являются физико-химические характеристики, органолептическая оценка, степень окисленности, а также определённые нормативными требованиями показатели безопасности [33]. Масла с комбинированной жировой основой, как правило, содержат в своём составе транс-изомеры жирных кислот, количество которых варьирует в достаточно широких пределах (от 0,1% до 25%). Многочисленными исследованиями установлено, что транс-изомеры жирных кислот являются источниками энергии, однако они медленнее усваиваются в сравнении с цис-формой, их действие в обменных процессах сходно с насыщенными жирами, потребление которых связывают с риском развития сердечно-сосудистых заболеваний [33, 77, 172, 177, 179, 186, 195, 199, 201, 203] Отмечается влияние транс-изомеров жирных кислот на изменение структуры фосфолипидов мембран [204]. Показано, что транс-изомеры ингибируют синтез полиненасыщенных жирных кислот (арахидоновой, докозагексаеновой) путём снижения активности Д5, Аб-десатураз [163, 167, 171]. Имеющиеся данные литературы, а также широкое распространение и использование комбинированных жировых продуктов в питании населения, указывают на актуальность включения в показатели их качества уровня содержания транс-изомеров жирных кислот.
Проблема фальсификации жировых продуктов в настоящее время особенно актуальна. Главным объектом фальсификации в ряду жировых продуктов является сливочное масло [33, 156], которое часто заменяется комбинированными жирами. В существующих нормативных документах отсутствуют унифицированная система идентификации и классификации комбинированных жировых продуктов. Основным методом, позволяющим установить подлинность жировых продуктов, является газохроматографический анализ состава жирных кислот [105, 119, 127, 156, 196, 198]. Разработанные и используемые в настоящее время десятки трудоёмких методов оценки подлинности жировых продуктов, а также критерии, предложенные в ГОСТ Р 52 253−2004 «Масло и паста масляная из коровьего молока», на сегодняшний день не позволяют идентифицировать жировые и жиросодержащие продукты, включающие молочный жир и комбинированные жиры, с высокой степенью достоверности. Современные технологии производства жировых продуктов создают дополнительные трудности в их идентификации и обосновывают необходимость дальнейшего усовершенствования имеющихся разработанных подходов. В связи с этим разработка критериев идентификации жировых продуктов, основанная на анализе их жирно-кислотного состава, с использованием компьютерных подходов является весьма актуальной [124, 126]. Поскольку на сегодняшний день в нашей стране практически не используются информационные системы для анализа жировых и жиросодержащих продуктов, одним из перспективных направлений гигиены питания является разработка компьютерных экспрессных методов оценки качества и подлинности жировых продуктов, пригодных не только для аналитических, но и скрининговых методов анализа. Эти методы представляют наибольший интерес, поскольку значительно сокращают время анализа и интерпретации полученных результатов, и особенно важны для региональных учреждений Роспотребнадзора.
В связи с этим, ЦЕЛЬ настоящей работы состояла в разработке системы экспресс-оценки качества и подлинности жировых и жиросодержащих продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, на основе анализа их жирно-кислотного состава.
В соответствии с поставленной целью предполагалось решить следующие задачи:
1. Сформировать комплекс основных показателей, определяющих качество и подлинность комбинированных жировых продуктов.
2. Изучить особенности жирно-кислотного состава, включая наличие транс-изомеров, комбинированных жировых продуктов, а также сливочных масел отечественного и зарубежного производства, полученных по различным технологиям.
3. Разработать критерии, позволяющие установить подлинность жировых и жиросодержащих продуктов с включением молочного жира и комбинированных жиров.
4. На основе анализа жирно-кислотного состава комбинированных жировых продуктов разработать критерии выбора предпочтительной области их применения.
5. Разработать компьютерную информационную систему для экспресс-оценки качества и подлинности жировых продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, а также продуктов на их основе.
Научная новизна работы.
Разработаны инструментальный и программный подходы к оценке подлинности и качественного состава комбинированных жировых продуктов, основанные на компьютерной экспресс-оценке их жирно-кислотного состава. 7.
Создана база данных жирно-кислотного состава различных образцов жировых и жиросодержащих продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры.
На основании характеристических точек спектра жирных кислот впервые предложен комплексный критерий, позволяющий установить подлинность жировых продуктов, в том числе сливочного масла и комбинированных жиров, а также продуктов на их основе.
Впервые на основе суммы среднецепочечных жирных кислот и содержания транс — изомеров жирных кислот разработан комплексный критерий классификации комбинированных жировых продуктов с учётом выбора предпочтительной области их применения (комбинированные жировые продукты для непосредственного употребления в пищу — спреды и комбинированные жировые продукты для кулинарных целей).
Используя данные о включении транс-изомеров жирных кислот в органы и ткани экспериментальных животных, получавших в составе рациона маргарин, впервые обоснована необходимость введения в систему оценки качества комбинированных жировых продуктов показателя содержания транс-изомеров жирных кислот.
Практическая значимость.
Впервые на основе ГЖХ с использованием программно-аппаратного комплекса «МультиХром» в СУБД «Access» разработана компьютерная информационная система для экспресс-оценки качества и подлинности молочного жира, комбинированных жировых продуктов, а также продуктов на их основе (молочные продукты, кондитерские изделия) (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Идентификация жировых продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, а также продуктов на их основе» № 2 006 613 456 от 3 октября 2006 года, выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам). Разработанный метод значительно сокращает время анализа и интерпретации полученных результатов, может использоваться в качестве скрининг-метода по установлению качества и подлинности жировых продуктов, в том числе молочного жира и комбинированных жировых продуктов, а также продуктов на их основе.
Апробация результатов исследования.
Апробация диссертационной работы проведена на расширенной межлабораторной научной конференции ГУ НИИ питания РАМН (протокол № 4 от 01.09.2006 г).
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на III Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития» (Москва, 2004), Всероссийской научнопрактической конференции молодых учёных и специалистов «Окружающая среда и здоровье» (Суздаль, 2005), VIII Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание — здоровье нации» (Москва, 2005), IV научно-практической конференции «Перспективы развития масложировой, маслодельной и сыродельной промышленности» (Москва, 2006).
Публикации.
По результатам работы опубликовано 3 статьи в центральных рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, 9 публикаций в сборниках научных трудов и получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Идентификация жировых продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, а также продуктов на их основе» № 2 006 613 456 от 3 октября 2006 года, выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
выводы.
1. Впервые на основе метода ГЖХ разработана новая компьютерная информационная система для экспресс-оценки качества и подлинности жировых продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, а также продуктов на их основе (молочные продукты, кондитерские изделия). Данное программное обеспечение является новым подходом в выявлении фальсификаций молочного жира, а также при оценке сложных жировых смесей. На метод получено свидетельство об официальной регистрации № 2 006 613 456.
2. Впервые предложен комплексный критерий для установления подлинности жировых продуктов, в том числе сливочного масла и комбинированных жировых продуктов, а также продуктов на их основе, и установлен соответствующий интервал его изменений на основе состава и соотношения жирных кислот.
3. Установлено, что более чем 90% исследованных комбинированных жировых продуктов отечественного производства и отдельных импортных образцов характеризуются недостаточным содержанием мононенасыщенных жирных кислот. Более чем у 80% из них соотношение полиненасыщенных жирных кислот семейств омега-3 к омега-6 не соответствует оптимальному, что указывает на актуальность проблемы усовершенствования рецептур комбинированных жиров с целью оптимизации состава жирных кислот в соответствии с физиологическими потребностями организма человека.
4. Впервые на основе суммы среднецепочечных жирных кислот и содержания транс-изомеров жирных кислот разработан комплексный критерий классификации комбинированных жировых продуктов с учётом выбора предпочтительной области их применения (комбинированные жировые продукты для непосредственного употребления в пищу — спреды и комбинированные жировые продукты для кулинарных целей).
5. Экспериментальное исследование с использованием комбинированного жирового продукта (маргарин, содержащий 22% транс-изомеров) в качестве источника жира в рационе выявило включение трансизомеров жирных кислот в липиды органов и тканей, а также мембранные структуры крыс на уровне от 1% до 10%. Исследование жирно-кислотного состава основных комбинированных жиров, широко используемых в питании населения России, обнаружило в них наличие транс-изомеров жирных кислот в пределах от 0,1% до 25,7%, что обосновывает необходимость мониторинга за содержанием трансизомеров жирных кислот в комбинированных жировых продуктах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В настоящее время значительное место в ряду жировых продуктов занимают комбинированные жиры (КЖП). Создание таких продуктов преследовало цель обогащения нашего рациона незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами, содержание которых минимально в молочном жире. Изготавливаемые на основе растительных жиров и молочного жира, комбинированные жировые продукты характеризуются пониженным содержанием холестерина, насыщенных жиров. Калорийность этих жировых продуктов также ниже по сравнению со сливочным маслом [100].
Введение
в состав комбинированных жировых продуктов растительных масел, содержащих полиненасыщенные жирные кислоты, с одной стороны, обогащает жировой продукт, с другой, делает его уязвимым в плане сохранности. Важной гигиенической характеристикой качества жировых продуктов, предусмотренными требованиями СанПиН 2.3.2.1078−01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов», является показатель перекисного числа, отражающий степень окисленности жира. Проведённый анализ степени окисленности комбинированных жировых продуктов показал, что комбинированные жиры, предназначенные для непосредственного употребления в пищу (спреды), содержащие более высокий уровень полиненасыщенных жирных кислот, чем кулинарные жиры, должны подвергаться строгому контролю за соблюдением показателей перекисного окисления.
Согласно современной концепции здорового питания, важным аспектом, отражающим пищевую ценность КЖП, является пониженное содержание в них холестерина. Анализ многочисленных литературных данных свидетельствует о необходимость контроля уровня холестерина, поступающего с пищей. Потребитель должен быть информирован о содержании холестерина и это особенно важно в случае потребления спредов, так как это продукт со сниженной калорийностью и употребляется непосредственно с пищей. Как показали проведённые исследования, среднее содержание холестерина в КЖП составило 80,87±7,21 мг/100 г, что примерно в 2 раза ниже, чем его содержание в сливочном масле [139].
Важной проблемой, отражающей качество комбинированных жировых продуктов, является наличие в их составе транс — изомеров жирных кислот. Следует подчеркнуть, что на сегодняшний день механизм влияния трансизомеров жирных кислот на организм до конца не выяснен. Поскольку в настоящее время КЖП являются важной частью рациона населения РФ, то представлялось актуальным изучить влияние КЖП, содержащего трансизомеры жирных кислот, на показатели липидного обмена крыс. Проведённые исследования показали, что по сравнению с контрольной группой выявлено включение транс-изомеров жирных кислот в форме элаидиновой кислоты во все исследуемые органы, жировую ткань, а также эритроциты крыс, получавших с рационом маргарин. Причём, следует отметить, что, чем более специализированы структуры организма (семенники, эритроциты), тем в меньшей степени в них включаются трансизомеры жирных кислот, что согласуется с данными литературы [73, 78]. Полученные результаты обосновывают необходимость включения показателя содержания транс-изомеров жирных кислот в характеристику качества комбинированных жировых продуктов.
Проведённый скрининг КЖП с целью определения в них трансизомеров жирных кислот показал, что содержание транс-изомеров в комбинированных жировых продуктах составляет от 0,1% до 25,7%. В составе 21% исследованных КЖП обнаружены лишь следовые количества транс-изомеров, что можно объяснить использованием современных технологий переэтерификации или фракционирования. Более 35% изученных КЖП содержали от 5% до 20% транс — изомеров жирных кислот, у 5% КЖП содержание транс — изомеров жирных кислот составило более 20%.
Установлено, что основным показателем, характеризующим пищевую ценность и биологическую эффективность жировых продуктов, является показатель жирно-кислотного состава [80, 117, 156].
Сравнительный анализ состава жирных кислот сливочного масла и КЖП показал, что КЖП характеризуются повышенной по сравнению со сливочным маслом пищевой ценностью, то есть достоверно более низким содержанием насыщенных жирных кислот и достоверно более высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот, что согласуется с данными литературы [2]. Хотя основной целью создания КЖП была оптимизация состава жирных кислот, максимально приближенного к физиологически полноценному жировому продукту, проведённые исследования показали, что у большинства исследованных комбинированных жировых продуктов жирно — кислотный состав был недостаточно приближен к оптимальному. У большинства КЖП (более 80%) соотношение ПНЖК юб/ юЗ не соответствовало оптимальному. Проведённые исследования обосновывают необходимость обогащения КЖП источниками ПНЖК омега 3 растительного (соевое, льняное, рапсовое масло), либо животного происхождения (жиры рыб или морских млекопитающих), играющими важную роль в жизнедеятельности организма.
Обеспечение качества жировых продуктов в значительной степени определяется состоянием нормативной базы, включающей современные методы контроля, унифицированную систему идентификации жировых продуктов и чёткую классификацию. На сегодняшний день ГОСТ на комбинированные жировые продукты (в целом) отсутствует, что повлекло и обусловило ряд проблем. Во — первых, актуальной проблемой является идентификация жировых и жиросодержащих продуктов и установление их подлинности. В настоящее время одним из основных объектов фальсификации среди жировых продуктов является сливочное масло, которое часто заменяется добавками гидрогенизированных растительных жиров, а также фракционированными маслами пальмового ряда [170], т. е. комбинированными жирами. Несмотря на то, что в настоящее время разработаны и используются десятки методов, направленных на идентификацию масла коровьего, единого подхода в отношении критериев подлинности молочного жира и его отличия от комбинированных жировых и жиросодержащих продуктов до сих пор нет. Данные ряда авторов [116, 156] свидетельствуют, что показатель жирно — кислотного состава характеризует не только пищевую ценность жировых продуктов, но является критерием их натуральности. Так как нормативные документы, регламентирующие качество комбинированных жиров на сегодняшний день отсутствуют, то, подходя к вопросу об идентификации КЖП, представлялось важным разработать критерии, позволяющие установить подлинность сливочного масла, как наиболее стабильного по составу жирных кислот жирового продукта в сравнении с КЖП. Исходя из этого положения, предполагалось, что любой выход за установленные границы критериев натуральности сливочного масла, будет свидетельствовать о том, что исследуемый жировой продукт можно отнести к группе КЖП.
По мнению ряда авторов, в частности, [106], методики анализа и контроля качества пищевых продуктов должны быть непродолжительными по времени, селективно чувствительными и информативными, иметь, по возможности, простую пробоподготовку, выполняться на стандартном оборудовании, рекомендуемом Международной организацией по стандартизации (ИСО). Этим требованиям может отвечать методика анализа с использованием метода ГЖХ, который широко внедрён в практику многочисленных лабораторий различного профиля. Этот метод также применяется при сертификации продукции и за рубежом.
В проведённых исследованиях процедура выявления природы жировых и жиросодержащих продуктов практически заключается в проведении газохроматографического анализа состава жирных кислот исследуемых образцов, регистрации хроматограмм с помощью программы МультиХром for Windows (версия 1,52) с последующей экспресс — оценкой (в соответствии с критериями, представленными в приложении 1), с помощью информационной системы, разработанной в системе управления базами данных (СУБД) Access. При этом банк данных информационного обеспечения формируется по мере регистрации и обработки хроматограмм.
Сущность метода состоит в газохроматографическом анализе состава жирных кислот жировых продуктов, определении массовых долей характеристических точек спектра жирных кислот, расчёте соотношений жирных кислот, сравнении полученных результатов со статистически установленными критериями натуральности молочного жира.
Принимая во внимание многочисленные данные литературы, а также результаты собственных исследований сравнительного анализа жирно-кислотного состава различных жировых и жиросодержащих продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры (всего 150 образцов), широко используемых в питании населения РФ, было показано, что наиболее информативным критерием подлинности жировых продуктов, в том числе сливочного масла и комбинированных жиров, а также продуктов на их.
С О Л U основе, является соотношение-—- и содержание линолевои кислоты.
12 0 +С16о).
С is г) — Так, сливочное масло можно считать натуральным, если соотношение линолевой кислоты (С is 2) к сумме лауриновой (С 120) и пальмитиновой (С 16 о) кислот не менее 0,03 и не более 0,15, и содержание линолевой кислоты (С is 2) не менее 1,3% и не более 4,0%. В противном случае, исследуемый образец можно отнести к КЖП или продукту на его основе.
Другой важной проблемой, которая возникает вследствие отсутствия нормативных документов на КЖП (в целом), является отсутствие чёткой классификации КЖП. В имеющихся на сегодняшний день нормативных документах используются физико-химические характеристики жировых продуктов и отсутствуют критерии, в основу классификации которых положен анализ их жирно-кислотного состава. Мы сделали попытку разделить КЖП на 2 группы: спреды, т. е. КЖП для непосредственного употребления в пищу и «не спреды», т. е. КЖП для кулинарных целей (жарки, выпечки, фритюра и т. д.). Эти две основных группы КЖП на сегодняшний день занимают наиболее существенное место в питании населения РФ. На основании сравнительного анализа характеристических точек спектра жирных кислот спредов и кулинарных жиров было установлено, что исследованный комбинированный жировой продукт предпочтительнее использовать для непосредственного употребления в пищу, если значение С соотношенияснаходится в пределах от 0 до 0,7. При.
100 +120 +440 величинах данного соотношения, больших 0,7, КЖП следует использовать для кулинарных целей.
Разработанные критерии легли в основу алгоритма новой компьютерной информационной системы для экспресс-оценки качества и подлинности жировых и жиросодержащих продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Идентификация жировых продуктов, включающих молочный жир и комбинированные жиры, а также продуктов на их основе» № 2 006 613 456 от 3 октября 2006 года, выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (приложение 3). Следует отметить, что программное обеспечение подразумевает экспресс-оценку на стадии анализа уже полученных хроматографических данных. Этап пробоподготовки и хроматографического анализа данных требует дальнейших исследований с целью разработки их оперативного (экспресс) анализа.
Программа на первом этапе идентифицирует исследуемый образец как натуральное сливочное масло или КЖП. При этом, программное обеспечение даёт информацию о составе и количественном содержании основных жирных кислот, входящих в состав жировых продуктов, а также о технологии, используемой при производстве жировых продуктов. В случае, если исследуемый образец отнесён к КЖП, информационная система осуществляет выбор предпочтительной области их применения.
Использование программы, с одной стороны, позволяет существенно снизить затраты времени специалистов лабораторных подразделений, занятых на регистрации проб и выписке протоколов, с другой, является перспективным для оказания существенной помощи государственным контролирующим структурам в выявлении фальсификаций молочного жира, а также при оценке сложных жировых смесей.